眾所周知，想要保持身體健康最好的一個方法就是做有氧運動。但這是為什么呢?近日，發表于Nature Communications期刊上的研究發現，運動可以促進線粒體自噬，清除損傷的線粒體，從而保持肌肉健康。來自弗吉尼亞大學的研究人員在小鼠中詳細闡明了該這一程的信號通路。
無論是跑步、騎自行車還是游泳，眾所周知，想要保持身體健康最好的一個方法就是做有氧運動。你從中獲得的益處不僅僅是減肥，還能夠改善睡眠，緩解壓力，提升心情，對抗高血壓，強化骨骼和肌肉……
“肌肉是否健康確實決定了整個身體的健康狀況，”弗吉尼亞大學(UVA)醫學院的Zhen Yan說。“運動能力，主要由肌肉尺寸和功能決定，是總人口死亡率的最佳預測指標。”
但是，運動為什么能讓我們更健康呢?Yan或許能提供一些答案。他和UVA的同事們將目光投向細胞內，試圖從分子水平上理解，為何鍛煉對身體如此重要。他們發現，其中一個關鍵的益處與細胞發電廠——線粒體有關。這一研究發表在近日的Nature Communications期刊上。
運動誘導線粒體氧化應激
Yan和同事們在小鼠身上完成了這項研究，他們發現，中度至劇烈的運動能夠導致線粒體氧化應激。而有氧運動誘發的線粒體應激又促進了線粒體自噬(mitophagy)的過程，即肌肉會處理受損或功能失調的線粒體，維持肌肉健康。
自噬，顧名思義就是“自己吃自己”。細胞自噬是真核生物中進化保守的對細胞內物質進行周轉的重要過程。在自噬中，一些損壞的蛋白或細胞器被自噬囊泡包裹后，送入溶酶體中進行降解并得以循環利用，藉此實現細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新。 “有氧運動可以去除骨骼肌中受損的線粒體，”Yan說，“如果你經常運動，你就會持續清除損傷線粒體。擁有線粒體質量更好的健康肌肉。”
運動如何去除損傷線粒體?
在這項研究中，Yan同事們評估了小鼠模型的骨骼肌，在這些骨骼肌中他們表達一個名為“pMitoTimer”的線粒體報告基因。“線粒體在健康時會發出變綠色熒光，而在損傷或被細胞的廢物處理系統——溶酶體降解時，會變成紅色。”
這些小鼠在一個小型跑步機上跑了90分鐘，研究小組在小鼠運動后6小時觀察到線粒體應激和一些線粒體自噬。Yan解釋說，在這些小鼠的運動刺激了體內一種名為AMPK的激酶，而AMPK又激活了另一種激酶——Ulk1。這些化學反應似乎對調控功能失調的線粒體清除十分重要。
“當Ulk1開啟時，它會激活細胞中的其他成分來清除功能失調的線粒體，”Yan說，“然而，我們仍然不知道這些活動是如何協調的。”
Ulk1在運動誘導的線粒體自噬中具有重要作用
接下來，研究人員刪除了小鼠骨骼肌中的Ulk1基因，發現如果沒有該基因，損傷或功能失調的線粒體的清除會被顯著抑制，這表明在運動和線粒體自噬中，Ulk1基因扮演著重要角色。
該研究的共同作者、Yan實驗室的博士后研究員Joshua Drake解釋說:“那些不能進行線粒體自噬的小鼠無法從運動中獲得好處。”雖然它們能夠和正常老鼠一樣運動，但它們在訓練中無法獲得代謝的益處。”
Drake指出，有些2型糖尿病患者對鍛煉沒有反應，這是一個日益嚴重的臨床問題。他希望Yan的實驗室的后續研究將會帶來新的發現來幫助這些人。
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